[实用新型]隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳装置

说明书

本实用新型提供了一种隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳装置，所述隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳装置包括本体加筋板壳结构和位于所述本体加筋板壳结构上的一体化超材料板壳模块，所述一体化超材料板壳模块包括第一弯曲振动部、耦连部、第二弯曲振动部和声学解耦部，所述声学解耦部位于第一弯曲振动部和第二弯曲振动部之间，所述第一弯曲振动部的边缘和第二弯曲振动部的边缘通过所述耦连部相连接，所述第一弯曲振动部和/或第二弯曲振动部上设有若干个周期性排布的谐振单元。该装置实现了低频隔声、低频减振功能一体化设计，同时减少了从设计到应用的开发时间，并节约空间。

技术领域

本实用新型属于振动与噪声控制结构技术领域，尤其涉及隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳装置。

背景技术

随着现代大型运载工具(如太空船、飞机、轨道列车、船舶、汽车等)向大功率、高速、轻量化等方向发展，由此带来的振动与噪声问题日益突出；与此同时随着技术的发展和市场竞争加剧，人们对运载工具低噪音的客舱环境越来越重视，不断追求安静的舱内声学环境；现代大型运载工具日益突出的振动与噪声问题和人们对安静的舱内声学环境的需求形成强烈反差，舱室降噪问题迫在眉睫。然而，由于飞机、船舶、列车等受到空间、质量的双重限制，如何在使舱室壁板在满足承载、强度、隔热性能条件下，以尽量小的重量和空间代价，大幅提升其隔声、吸声与减振性能是舱室降噪设计面临的难题。

高频噪声由于波长短、传递能力弱，可以用普通的轻薄吸隔声材料获得较好的降噪效果，但对于100-1000Hz的中低频噪声而言，普通材料通常大幅增加材料重量、或厚度，才能达到有效的降噪效果。迫切需要发展新的材料、方法、技术来解决舱室中低频降噪问题。

近年来，声物理学和凝聚态物理学领域提出和发展的超材料技术为解决舱室中低频降噪问题提供了新思路。超材料/结构是指由特殊设计的人工振子单元(如局域共振单元，简称振子)按一定方式附加于基体结构而构成的新型复合结构(如附加于基体板壳结构上构成超材料板壳结构)，声学超材料/结构所具有的超常物理特性(如负等效质量密度、负等效模量等)，可以实现对低频弹性波和声波的超常操控，使得其在低频减振降噪领域有广阔应用价值。

传统超材料板壳结构设计存在一些技术不足：一、目标功能过于单一孤立，要么减振、要么隔声降噪、或者声辐射抑制降噪，未能将减振降噪功能协调考虑，造成设计时间的浪费和空间的浪费；并且它们主要采用单一作用机理的结构或材料来实现，比如单一带隙板壳实现减振，单一的薄膜超材料隔声(存在单个或多个隔声谷)；实际工程结构的噪声包括两方面：包括声波激励整体表面引起的结构表面透射噪声，也包括局部机械振动激励引起的辐射噪声，因此需要同时实现的隔声与减振降噪；传统隔声超材料结构没有充分考虑自身弯曲波的抑制需要，而将隔声超材料结构实际应用时，必然会引入安装连接部件，安装部位不可避免的会横向传递振动，而隔声超材料结构在连接部位横向振动激励下，会产生弯曲波，弯曲波和空气声波匹配良好，因而不可避免的会激发出空气声波，从而造成进一步的噪声辐射，恶化其隔声效果。二、振子单元孤立，传统超材料板壳装置设计的人工振子单元一般是孤立的(如弹簧质量振子、硬软材料块振子等)，需要分别将振子单元一一与基体结构外表面相连接，这样的设计有诸多优点，但也存在一些不足，例如：众多振子单元与基体结构连接，容易改变基体结构本身的声振特性，甚至会导致在更低频处出现新的声振问题；每个振子单元需要分别加工、分别连接，工艺相对复杂，成本高，且费时费力；孤立加工的振子单元误差大，一致性较差；此外，当不采取有效的防护措施时，安装在外表面的振子单元受外界环境影响大，当外物接触到微结构单元时，甚至会导致微结构单元脱落失效。这些缺陷和不足无疑限制了传统超材料结构在舱室降噪方面的应用。

实用新型内容